崩崗治理技術措施研究進展與展望

黃 斌, 李定強, 袁再健, 廖義善, 聶小東, 馬東方,2

(1.廣東省生態環境技術研究所, 廣東省農業環境綜合治理重點實驗室,廣東 廣州 510650; 2.廣東工業大學 環境科學與工程學院, 廣東 廣州 510056)

崩崗是一種是在水力和重力相互作用下，土體受破壞而產生崩塌與沖刷的特殊侵蝕地貌類型[1]，廣泛分布于中國南方熱帶、亞熱帶花崗巖地區。調查表明廣東、廣西、福建、江西、安徽、湖南、湖北省等7個省的崩崗分布區總面積為48.34 km2，崩崗個數總計達23.91萬個，其中以廣東省數量最多，占崩崗總數的45.14%[2]。崩崗不僅導致土壤結構破壞，而且由水力沖刷產生的泥沙遷移會造成下游農田埋沒、溝渠與河道淤塞等現象，并進一步引發一系列嚴重的生態環境問題[3]。崩崗的發育機制十分復雜，與土體自身性質、地形特征、氣候條件、人為活動影響等因素密切相關。深厚的花崗巖風化殼和高溫多雨的氣候環境，加之植被的人為破壞被認為是南方紅壤丘陵區崩崗侵蝕形成的基礎條件[4-6]。崩崗侵蝕量大、破壞嚴重、突發性強，其發生和分布都具有顯著的不確定性特征。近幾十年來，崩崗侵蝕正引起越來越多的關注，有關學者針對崩崗的分布特征、發育機理、侵蝕規律和治理模式與技術措施等幾個方面開展了廣泛的研究[2,5,7-14]。在崩崗的治理技術措施探索方面，已從進行單一工程或生物治理措施發展到目前主要采用的“上攔、下堵、中削，內外綠化”的綜合技術模式。然而，縱觀這些治理技術措施研究，多是針對單個崩崗的小范圍考察，未充分考慮到相關技術的適用性和可推廣性，缺乏對不同技術類型的比較與深入分析，因此，有必要對崩崗治理技術進行系統的梳理。

1 崩崗的成因和類型

崩崗在空間結構上一般由集水坡面、崩壁、崩積堆、溝道、沖積扇等基本單元組成。崩崗的形成包括水力和重力侵蝕兩個方面的作用過程，降雨為主要驅動力引發的物質能量傳遞是崩崗特殊地貌特征形成的內在機制[15-16]。崩崗侵蝕發生的3個基本條件是疏松深厚的基巖風化物、水力和重力作用以及地表植被的破壞[5]。調查表明絕大多數的崩崗發育在花崗巖上，且發育程度與風化物厚度密切相關[2]。花崗巖風化形成的表層紅土易膨脹、吸水能力強，而表土以下的砂土層和碎屑層風化程度低、結構松散、抗沖抗蝕能力差[17],這些物理化學特征使得表土層在遭到侵蝕時崩崗易于發育。降水是崩崗發育的誘發和驅動因素[6]，一方面通過地表徑流沖刷對坡面形成下切侵蝕，另一方面在滲入土壤后增加土體自重，降低其抗剪強度[18-19]。研究[16,20-21]表明雨強、雨量和土體前期含水量對崩崗的形成具有非常重要的影響。中國華南地區降水量較大，暴雨次數多且較集中，為崩崗的發育和形成提供了十分有利的外部條件。植被覆蓋的類型、覆蓋率、多樣性特征等都會對崩崗的形成產生直接的影響[22-24]。崩崗發育最開始通常源于植被條件較差的土壤坡面的面蝕和溝蝕，不合理的人為活動導致的毀林開荒加劇了植被的破壞和水土流失，對崩崗的形成起到誘發和促進作用。此外，坡度、坡向、海拔等因素對崩崗的形成也具有一定的影響[22]。總之，我國南方熱帶、亞熱帶花崗巖地區特殊的基巖特性和氣候以及人為活動影響造就了崩崗在該區域內的廣泛發育。

按照不同的發育程度、規模大小、形態特征等可將崩崗劃分成不同的類型。依據溝頭位置可將崩崗的發育過程劃分為初期、中期、晚期3個階段，并依活躍程度劃分為活動型和穩定性崩崗；依據面積大小可劃分為:大(>3 000 m2)、中(1 000～300 m2)、小(60～1 000 m2)型崩崗；依據形態可劃分為弧形、瓢形、條形、爪形以及混合型等類型的崩崗[25]。基于崩崗發生的過程機制，并根據其結構上的系統性特征，在實際治理活動中通常需同時對集水坡面、崩壁、崩積堆等部位采取對應的治理技術措施，以達到穩固土體、減少水土流失和改善侵蝕區生態環境的目的。此外，在實施具體的生態技術方面往往結合社會經濟因素，注重治理與開發利用相結合，從而實現崩崗侵蝕修復過程中的生態、經濟和社會效益相統一。綜合長期以來的對崩崗的治理實踐，目前采取的策略可總結為“上攔、下堵、中削，內外綠化”[26]，具體治理技術因崩崗實際情況所采取的形式較為多樣化。

2 崩崗治理技術措施研究進展

2.1 集水坡面治理

坡面是崩崗產生和發展的源頭，對集水坡面的治理主要目的是減少地面徑流的沖刷，削弱崩崗溝頭跌水強度，從根本上控制崩崗發展的動力來源[27]。目前采取的主要措施包括設置截流排水溝和植被恢復。設置截流排水溝是最為常用的崩崗集水區坡面治理措施，一方面減少了降雨徑流對崩壁的沖刷動能，另一方面減少了崩壁頂部土體水分的入滲量，從而降低了崩壁因重力勢能增加而崩塌的可能。截流排水溝一般布設在崩崗頂部或邊緣3～6 m處，其數量可依據集水坡面的面積和地區降雨量大小來設置，在必要的情況下還可通過設置溝梗或種植牧草等植物對排水溝進行保護[22]。除設置截流排水溝外，根據立地條件配合不同的生物修復措施也是集水坡面治理的必要手段，其主要目的是增加一定程度的入滲，減少徑流形成。如果坡面土壤較為貧瘠，在進行治理時宜選擇一些根系發達、適應性強的植物，如芒草、馬唐、鷓鴣草、胡枝子、馬尾松、杉樹等，建立水土保持林或喬—灌—草—藤多層次的高強度綠化防護體系。對于立地條件較好的集水坡面，可種植經濟性作物如果樹、茶樹、麻竹等[28-29]。在治理過程中必須注意不能將樹木種植到過于靠近崩崗溝緣的位置，應保留一定的距離(4～6 m)，以避免樹木的自重和根系生長對土體的破壞引起的溝頭崩塌。

集水坡面的治理是發育初中期崩崗治理的關鍵，而對發育晚期的崩崗，溝頭可能越過分水嶺，集水坡面已經不存在，因而無需進行坡面治理。對于侵蝕十分嚴重，溝頭和崩壁外圍接近分水線的崩崗，其頂部呈支離破碎的地形情況，可采取整成臺地或向天池的形式，再采取適當的工程和生物治理措施進行治理[30-31]。總的來說，對于集水坡面的治理主要遵循“上攔”的原則，通過對雨水的攔截和疏導從源頭上減少水分及能量的輸入，以維持崩崗系統的相對穩定性。溝頭地形、位置與立地條件是集水坡面治理過程中需考慮的主要因素，實際修復過程中應依據不同的因素條件制定對應的修復措施，避免或遏制崩崗的進一步發育。

2.2 崩壁防護技術

崩壁是土體崩塌形成的裸露面，高達數米至數十米，其特點是坡度較大、極不穩定、立地條件差[32-33]，被認為是整個崩崗系統中治理難度最大的部位。通常采用的方法是依據實際地形、發育階段和穩定程度等因素，在對崩壁進行削坡開梯等降坡穩坡工程措施后進行一定的植物覆蓋。削坡整地的作用在于降低了降雨徑流沖擊壁面的動能，并且能夠為坡面生物修復創造了適宜的地形條件。同時，在削坡后的臺階上適當修建蓄水和排水設施，起到疏導臺面徑流和提供植物生長所需水分的作用，以降低崩壁二次崩塌的風險。

崩壁土壤的養分通常十分匱乏，不利于植物的生長，在進行植被修復時可選擇抗干旱耐貧瘠的藤蔓型植物如葛藤、大翼豆、蟛蜞菊等,并可通過增加覆蓋的方式保護臺階坡面，促進植物生長。崩壁削坡后如果立地條件太差、土壤貧乏，可采取就近更換客土、施基肥和營養杯育苗等措施，以保證林木生長。選擇種植的植物包括對立地要求低，耐旱和廋脊的大葉相思、油桐等速生植物，并可輔種草藤植物，實現多層次的植被覆蓋，提高生態系統的穩定性[29]。對于相對穩定型的崩崗，由于崩壁坡面形態變化較小，可只在溝底或溝岸邊緣種植葛藤、爬山虎等藤本植物保護崩壁，在崩壁坡面噴灑畜糞、泥漿和磷肥混合草籽，以達到壁面植被的快速恢復[34-36]。張漢松等[37]探討了配置不同類型的植物籬對崩崗進行快速整治的效果，發現崩壁采取種植豬屎豆、芒、葛藤、爬山虎等多種植物的修復方式可明顯改善土壤理化性質，快速提高崩壁植被覆蓋度和生物多樣性，顯著減少水土流失，并可節省崩崗治理的投資成本。金平偉等[38]采用不同草灌復合模式對南方崩崗崩壁進行了復綠效果對比研究，結果表明崩壁復綠可明顯提高崩壁的穩定性系數，草灌復綠模式對侵蝕模數的降低效果顯著高于單純草灌復綠模式。黃俊等[39]采用崩壁人工徑流小區定位觀察對比并評價了9種不同組合措施的修復效果，發現三維網噴播植草(灌)的方式為最優組合。可見，在崩壁生態修復過程中，應當注重草、灌等不同植被之間的合理搭配，其效果往往好于單一模式的植被修復，同時結合適宜的工程措施，以達到最佳的修復效果。目前，崩壁治理技術的相關研究并不多，主要針對有限地區的崩壁進行徑流小區觀測試驗和修復效果評價，需進一步對不同地區不同類型崩崗進行崩壁生物修復治理技術研究與篩選，并同時注重一些新技術的應用[40]。

2.3 崩積堆穩固化技術

由坡面溝頭和溝壁崩塌下來的土體在崩壁下方堆積形成崩積堆，其特點是坡度大、土質疏松、結構性差、抗侵蝕能力弱[41]，因此，在高強度降雨的沖刷下，容易形成溝谷和沖積扇地形，成為崩崗的二次侵蝕源頭。對崩積堆的治理主要采取“固定”的策略，以工程措施和生物方法修復技術相結合為主。小型的崩崗通過適當的植被覆蓋即可達到穩定崩積堆的作用，一些發育到后期的崩崗雖然崩塌面積較大，但坡度已較平緩，具備開發性治理條件的地方在進行適當的土地整理后可種植麻竹、綠竹等經濟作物。而對于坡度和面積均較大的崩積體區域需要先進行土地整理，并在區域內設置必要的小型蓄排工程，填平侵蝕溝，將崩積體坡面修整成坡度較小的坡面或者臺地、梯田，以為植被修復提供地形條件[34]。崩積堆由于其特殊的土體特性，抗侵蝕能力差，在進行生態修復時，一般需要進行快速的植被恢復，選擇根系發達抗土壤侵蝕的能力較強的植物(如香根草等)[42]。另外，在植被恢復過程中崩積堆上方的崩壁有可能繼續崩塌，此時可選擇在此類情況下對生長影響較小的竹類植物(如藤枝竹等)[22]。也有研究者建議，針對崩積區域面積較大的情況，可依據距離崩壁的距離來分區治理，如上游的崩積區立地條件差，可采用水土保持先鋒林、草種進行生態恢復；而堆積區下游、水肥條件尚可，可綜合利用，治理同時發展水土保持經濟林果[43]。通常在坡面得到有效治理的情況下，崩積體能夠保持相對的穩定性，實施生物和必要的工程措施的目的在于提高崩積體的抗侵蝕能力。地形條件、適合的植被選擇是治理崩積堆時所需考慮的關鍵因素。

近年來，研究人員開始嘗試采用一些成本低廉、施工方便、環境負荷小的人工材料作為固化劑來輔助崩積體的固定。張兆福等[44]通過野外人工模擬降雨試驗研究了不同濃度、分子量、水解度條件下的聚丙烯酰胺(PAM)添加對崩積體土壤侵蝕和顆粒流失的影響，發現施用PAM后崩積體中粉粒和黏粒的流失量顯著減少，并且崩積體土壤施用PAM減少產沙量的效果并不是單純隨著PAM施用量的增加而上升。祝亞云等[45]研究了親水性聚氨酯(W-OH)材料對崩積體土壤分離速率的影響，發現這種材料能有效增加土壤顆粒之間的黏結力，抑制侵蝕的發生，可用于崩崗崩積體的治理。此外，朱高立等[46-47]通過室內模擬降雨試驗研究了雨強、秸稈覆蓋度、坡度對崩積體坡面侵蝕的影響，指出秸稈覆蓋能夠在一定程度上減少坡面產沙量。這些研究結果對于崩積堆的治理有很好的借鑒意義，然而目前關于通過添加固化劑等措施加強崩積體穩定化的研究并不多，相關研究工作有待進一步開展。同時，固化劑的穩定效果的長期性、成本及對土壤理化性質的影響方面也是需要注意的問題。

2.4 溝谷和沖積扇防護

溝谷是崩積體土壤流失的通道，同時存在著徑流的下切和泥沙的淤積。為阻止崩積堆土壤進一步向下游移動，一般采用修筑谷坊的方式攔蓄泥沙，以提高侵蝕基準面。谷坊的設置數量和位置依據地形和崩崗侵蝕規模來確定。由于谷坊的修筑成本通常較高，因而在實際治理時須注意谷坊修建的個數和攔截作用效率。在谷坊建成后，可在對攔蓄的泥沙進行適當土地整理后依立地情況種植香根草、藤枝竹等根系發達、耐沖刷和掩埋的植物，也可在對土壤狀況改善的基礎上(覆蓋客土、施肥等措施)種植經濟作物，如麻竹、茶樹、果樹等[48]。

沖積扇是崩崗侵蝕土壤在下游平坦開闊地的堆積，部分匯入或掩埋周邊河溪，其主要成分為石英砂[49]。沖積扇立地條件較差，但水分條件通常較好，治理措施以植物修復為主，工程措施為輔，可選擇種植的作物有香根草、牧草、蜜糖草、胡枝子、竹類等。小流域內可修筑攔沙壩控制沖積扇的進一步擴散，立地條件好的區域可采用灌草相結合的種植辦法進行生物修復或者開發性種植麻竹、綠竹和果樹等[29,50]。

可以看出崩崗不同部位具有明顯的特點差異，針對不同部位所采取的治理措施也有所不同(表1)。然而崩崗內部各子系統之間存在著緊密的物質和能量傳遞，在實際治理過程中，應視崩崗為一個整體生態系統來進行修復[29]。對集水坡面、崩壁、崩積堆等的治理措施進行有機的組合，工程與生物措施并舉是治理崩崗的有效手段，但目前對于不同修復措施關鍵技術參數和配比技術的研究仍較缺乏。

表1 崩崗不同部位治理技術措施比較

3 崩崗治理模式

不同的崩崗在發育狀況、侵蝕程度、地形、規模等方面有所不同，并且由于所處區域的自然條件、社會經濟發展狀況存在差異，因而在進行治理時必須綜合考慮地理、環境、經濟和社會等因素，依據不同模式來開展治理。

按照崩崗的活動情況(或發育程度)進行治理： ①活動劇烈的崩崗進行工程與植物措施并舉的強化治理模式，針對集水坡面、崩壁、崩積堆等各個部分實施排水溝、谷坊、擋土墻等工程措施，防治侵蝕泥沙向下游流失，同時配置水土保持林、果木林、經濟林等植物措施控制崩崗的繼續發展； ②半穩定型崩崗以植物措施為主，工程措施為輔； ③穩定型崩崗由于發育活動基本停止，治理主要以預防性為主，多采取禁封、補植補種措施，做到不進行過多人為干擾，發揮生態系統自我修復功能[34,51-52]。

按照崩崗形態進行治理： ①瓢型崩崗利用其肚大口小的特點，在出口處設置谷坊，并在集水坡和谷底實施適當的工程措施和植物恢復，形成對崩崗的植物圍封； ②條形崩崗根據其呈長條形特點，采用“上截、下堵”模式，中間開多級護坡或修建多級谷坊的方式，減少侵蝕，逐步穩定崩崗； ③弧形崩崗以重力侵蝕為主，需修建護岸固腳工程防止水流沖刷和地下水的淘蝕，在集水坡和崩積堆上營建植被，并對崩壁進行快速綠化； ④爪形崩崗一般坡度較為緩和，通常以植被修復為主或采取封禁結合補植套種等生物修復措施的方式進行治理； ⑤混合型崩崗包括2種及以上不同類型的崩崗，地形較為破碎，侵蝕量大，在治理過程中需考慮崩崗的整體性，結合工程與生物措施對崩崗各部位進行治理，如在集水坡面建立水土保持林，利用抗干旱、耐貧瘠的草本植物對崩壁進行快速覆蓋，對崩積體進行削坡和植物種植，而溝谷和沖積扇則以生物治理為主[35,45]。

按崩崗的規模大小進行分別治理： ①小型崩崗通常處于發育初期，面積較小且危害性不大，主要采取生物措施為主工程措施為輔的方式，如封禁+小規模治理等生態恢復模式，以防止崩崗規模的進一步擴大；②中型和大型崩崗的發育活動較為劇烈，需以整體性為原則，綜合考慮工程和生物措施對崩崗進行治理，在條件允許的情況下可進行一定的開發利用[53,54]。

按崩崗的開發類型進行治理： ①變崩崗侵蝕區為水保生態區。多針對距離城鎮較遠，交通不便地區的崩崗治理，通過工程和生物措施形成良好的園區生態環境，并可因地制宜配重珍貴樹種，與生態旅游相結合，形成生態旅游園區[24]； ②變崩崗侵蝕區為經濟作物區。對土地形進行削坡整理，種植果樹、茶樹或其他經濟作物。目前，在南方紅壤丘陵區崩崗治理過程中常用的經濟作物有麻竹[28,49,55]、茶葉[54]、臍橙[56]等，不少地區已實現良好的經濟效益，該模式適用于崩崗侵蝕較為集中區； ③變崩崗侵蝕區為工業園區。對交通較為便利，位于城鎮周邊的崩崗集中分布區，對侵蝕區進行機械整平，并配置一定排水、攔沙和道路設施，整理成為工業用地，能夠有效解決土地資源緊缺問題[57]； ④其他開發途徑。包括與魚類養殖等配合形成多種農業復合生產經營區、土地推平后用于農村住宅建設等[48,58-59]。

在崩崗治理過程中，經濟成本往往是制約修復活動開展的關鍵因素，結合崩崗的實際情況，以預防為主或開發型的修復方式往往能夠較好地降低治理成本，甚至達到良好的經濟效益。在治理模式的選擇方面應注重因地制宜，追求生態效益和經濟效益相統一。總體而言，現有的崩崗治理仍局限于針對特定區域采取相應治理措施，與生產協調發展仍是難點，探索二者相耦合的區域治理模式將是未來相關研究工作的重點[60]。

4 崩崗治理技術措施存在的問題與展望

4.1 存在的問題

目前，人們在崩崗治理方面開展了大量的研究工作，取得了良好的治理效果，但由于崩崗形成機理的特殊性，現有的崩崗治理技術措施還存在不少問題。本文系統地總結和分析了當前已有的崩崗治理技術措施，認為在以下幾個方面有不足之處： ①對于不同部位修復措施關鍵技術參數和組合技術的研究仍較缺乏，相應的水土保持作用機制研究不足； ②崩崗治理的新技術應用不足，如新型保水劑等材料的修復效果研究往往單獨開展，且未與生物措施有效結合； ③現有治理技術多偏重于已成型崩崗的治理，對于可能出現崩崗的區域的預防措施研究和實施較少； ④崩崗治理與區域生產發展結合不足，在生態服務功能和經濟效益的貢獻方面所發揮的作用較為有限。

4.2 展 望

針對當前崩崗治理過程中存在的不足之處，建議未來的相關工作在如下方面需予重視： ①建立崩崗治理效益評價指標體系，對崩崗的修復目標、計劃措施和修復效果評價及監管提出具體的要求和原則； ②加強低成本、快速、高效的崩崗創新修復技術研究與應用； ③加強崩崗治理技術水土保持作用機理方面的研究，深入研究不同部位修復技術組合以及崩崗發育階段、侵蝕程度、土壤、地形地貌等因素對修復效果的影響機制；④針對崩崗的侵蝕程度提出適宜的治理體系，并注重構建水土流失治理與農業生產相結合的技術體系；⑤加強崩崗預防措施的研究，結合崩崗發育趨勢判斷來開展預防治理工作，提高崩崗治理工作的效率。